(57)【要約】【課題】  装置の据付現場で冷媒を追加充填する必要のない蓄熱式空気調和装置を得る。  【解決手段】  圧縮機１、熱源側熱交換器２、減圧装置６、蓄熱槽１０を備えた蓄熱用熱交換器３、及び液溜１２を１つの筺体に搭載した室外ユニットＸと、負荷側熱交換器４を備えた負荷ユニットＹと、この負荷ユニットと室外ユニットを接続して冷媒回路を構成する延長配管８、９と備え、蓄熱用熱交換器３の分も含めて冷媒充填された室外ユニットＸを据付現場に搬送し、現地での据付工事の際には冷媒回路に冷媒を追加充填しないようにしたもの。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、蓄熱槽を備えた蓄熱用熱交換器、及び液溜を１つの筺体に搭載した室外ユニットと、
負荷側熱交換器を備えた負荷ユニットと、
この負荷ユニットと前記室外ユニットを接続して冷媒回路を構成する延長配管と備え、
据付工事の際には冷媒回路に冷媒を追加充填しないことを特徴とする蓄熱式空気調和装置。
【請求項２】
適用する冷媒がＨＦＣ−４１０Ａ冷媒、ＨＦＣ−３２冷媒、ＨＦＣ−４０４Ａ又は自然冷媒であることを特徴とする請求項１記載の蓄熱式空気調和装置。
【請求項３】
圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、液溜を備えた室外ユニットと、蓄熱槽を備えた蓄熱用熱交換器を備えた蓄熱ユニットと、負荷側熱交換器を備えた負荷ユニットと、を延長配管で接続した冷媒回路を構成した蓄熱式空気調和装置において、
熱源側熱交換器に設けられ、蓄熱利用冷房運転時に熱源側熱交換器のフィン或いは管外部分に外気温より低い温度の水を散水することで蓄熱利用量および時間を調整する散水装置を備えたことを特徴とする蓄熱式空気調和装置。
【請求項４】
据付工事の際には冷媒回路に冷媒を追加充填しないことを特徴とする請求項３記載の蓄熱式空気調和装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は蓄熱式空気調和装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術１の蓄熱式空気調和装置においては、蓄熱用熱交換器を備える蓄熱槽ユニットは室外ユニットとは別筐体で構成されており、蓄熱槽ユニットの蓄熱用熱交換器分の冷媒は据付現場で冷媒追加されることは広く知られている。
従来技術２の蓄熱式空気調和装置においては、熱源側熱交換器と蓄熱槽を備える蓄熱用熱交換器が同一筐体にまとめて収容されていることが主な特長である（例えば、特許文献１参照）。
また、従来技術３では、非蓄熱式空気調和装置において、夏場の消費電力低減や凝縮温度低減のために、熱源側熱交換器に外気温より低温度の水を散水する技術や製品が広く知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３１０４５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術１の蓄熱式空気調和装置において、蓄熱用熱交換器内の容積は大きいため、据付現場で封入する冷媒量は多い。また、実延長配管長に応じて冷媒を追加する必要もある。しかし実際には正確に冷媒量を計測せずに追加する場合があり、据付現場での冷媒追加は装置の信頼性を低下させる要因となっている。
一方、非蓄熱機の中にはある一定の延長配管長までは据付工事現場での冷媒追加が不要な製品がある。しかし、非蓄熱機の場合は、蓄熱用熱交換器が無い分、回路内の有効容積が小さいため、冷媒追加不要となる延長配管長の上限が蓄熱機と比較して小さくなる。尚、非蓄熱機において、延長配管長の上限以上の配管長に対応するために封入冷媒量を過度に多くすると、圧縮機に液冷媒が滞留しやすくなり、その結果液圧縮による圧縮機故障を発生しやすくなる。
従来技術２の蓄熱式空気調和装置である特許文献１記載のものは、冷媒追加については記載がない。
従来技術３の散水技術において、本技術を蓄熱式空気調和装置に適用して蓄熱利用量及び時間を制御することについては記載されたものがない。
【０００５】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので第一目的は、据付現場で冷媒追加が不要、或いは延長配管分だけ追加する蓄熱式空気調和装置を提供するものである。第二目的は、熱源側熱交換器に外気より低温度の水を散水することで、蓄熱利用量及び時間を制御する蓄熱式空気調和装置を提供するものである。  
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る蓄熱式空気調和装置においては、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、蓄熱槽を備えた蓄熱用熱交換器、及び液溜を１つの筐体に搭載した室外ユニットと、負荷側熱交換器を備えた負荷ユニットと、この負荷ユニットと室外ユニットを接続して冷媒回路を構成する延長配管と、を備え、蓄熱用熱交換器分の冷媒を予め封入しておくことで、据付現場では冷媒追加を不要、或いは延長配管の分だけ追加するようにしたもので、冷媒封入量の過多・過少による圧縮機故障を回避するものである。
【０００７】
上記蓄熱式空気調和装置に封入する冷媒はR-22よりも液冷媒密度が小さいR-410A,R-32,R-404A,CO2,プロパン、イソブタンなどの自然冷媒としたものである。
【０００８】
この発明に係る蓄熱式空気調和装置においては、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、蓄熱槽を備えた蓄熱用熱交換器、及び液溜を１つの筐体に搭載した室外ユニットと、負荷側熱交換器を備えた負荷ユニットと、この負荷ユニットと室外ユニットを接続して冷媒回路を構成する延長配管と、を備え、室外熱交換器に外気より低温の水を散水することで、蓄熱利用量及び時間を制御するものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明は、圧縮機、熱源側熱交換器、減圧装置、蓄熱槽を備えた蓄熱用熱交換器、及び液溜を１つの筐体に搭載した室外ユニットと、負荷側熱交換器を備えた負荷ユニットと、この負荷ユニットと室外ユニットを接続して冷媒回路を構成する延長配管と、を備え、蓄熱用熱交換器分の冷媒を、予め封入しておいてから据付現場に送付することで、現地での封入作業を無くすことができ、省工事実現と追加冷媒量の過多・過少による圧縮機故障の回避が可能になる。さらに延長配管分の冷媒も予め充填できれば据付現場での冷媒追加作業は完全に無くなる。
【００１０】
この発明は、蓄冷量の早切れが予想される蓄熱式空気調和装置において、蓄熱式空気調和装置の熱源側熱交換器に外気より低温の水を散水することで、熱源側熱交換器の熱交換量を増加し、相対的に蓄熱側熱交換器の熱交換量を低減する。その結果、蓄熱利用量を低減して蓄熱利用時間を延ばすことができる。また散水量や水温度を調整することで、蓄熱利用量及び蓄熱利用時間を制御することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
実施の形態１
槽一体型の室外ユニットの冷媒回路図を図１に示す。
１は圧縮機、２は室外熱交換器、３は蓄熱用熱交換器、４は室内熱交換器、５は四方弁、６は減圧装置、７は開閉弁、１０は蓄熱槽、１１は蓄熱媒体である。
【００１２】
図１の蓄熱式空気調和装置及び冷凍装置では、蓄熱用熱交換器３を搭載した蓄熱槽１０を室外ユニットＸに搭載しているので、製品製造時に蓄熱用熱交換器３の分の冷媒を予め封入しておくことができる。それゆえ現地で蓄熱用熱交換器３の分の冷媒を充填する必要がない。さらに蓄熱用熱交換器３や液溜容器１２の大きさ如何では、現地室内熱交換器４や延長配管８，９の分の冷媒充填も必要がなくなる。
一例を以下に示す。前提条件はHFC-R410A冷媒、延長配管長120mとする。
【００１３】
蓄熱式空気調和装置において、代表的な運転モードは蓄冷運転、蓄冷利用冷房、蓄冷非利用冷房、蓄熱、蓄熱利用暖房、蓄熱非利用暖房がある。液溜を除く各要素部品に滞留する冷媒量が最も多いのは蓄冷利用冷房であり、最も少ないのは蓄熱非利用暖房である。まずこの２つの運転モードの動作について説明する。
【００１４】
蓄冷利用冷房運転の動作について説明する。
圧縮機１を吐出した高圧高温ガス冷媒は四方弁５を介して室外熱交換器２に流入し、ここで周囲空気と熱交換して凝縮し、高圧液或いは液リッチな気液二相冷媒となって流出する。そして減圧を行わないように調整した蓄熱用減圧装置６ｂを介して蓄熱用熱交換器３に流入し、ここで周囲の蓄熱媒体１１と熱交換し、さらに凝縮して過冷却度の大きい高圧液冷媒となって流出する。その後、開閉弁７ｂを介し、室内用減圧装置６ａを流通して減圧し、低圧の液或いは液リッチな気液二相冷媒となる。そして延長液配管９流通時に減圧された後、室内熱交換器４に流入し、ここで周囲空気と熱交換して蒸発し、低圧ガス或いはガスリッチな気液二相冷媒となって流出する。その後、延長ガス配管８、四方弁５、液溜１２を介して低圧ガス冷媒として圧縮機１に吸入される。
【００１５】
蓄熱非利用暖房運転の動作について説明する。
圧縮機１を吐出した高圧高温ガス冷媒は四方弁５、ガス延長配管８を介して室内熱交換器４に流入し、ここで周囲空気と熱交換して凝縮し、高圧液或いは液リッチな気液二相冷媒となって流出する。そして液延長配管９を介して室内用減圧装置６ａに流通して減圧し、低圧の液リッチな気液二相冷媒となる。その後、開閉弁７ｃを介して熱源側熱交換器２に流入し、ここで周囲空気と熱交換して蒸発し、低圧ガス或いはガスリッチな気液二相冷媒となって流出する。その後、四方弁５、液溜１２を介して低圧ガス冷媒として圧縮機１に吸入される。
【００１６】
次に蓄冷利用冷房運転と蓄熱非利用暖房運転の主要部品の滞留冷媒量について説明する。
まず主要部品を抽出する。
（１）熱源側熱交換器、（２）負荷側熱交換器、（３）蓄熱用熱交換器、（４）延長液配管、（５）  延長ガス配管
【００１７】
次に主要部品の仕様値を以下のように設定する。
（１）熱源側熱交換器：配管内径8mm,総パス長さ77m,有効容積V(1)=3.87×10-3[m3]
（２）負荷側熱交換器：配管内径6.5mm,総パス長さ70m,有効容積V(2)=2.32×10-3[m3]
（３）蓄熱用熱交換器：配管内径5.5mm,総パス長さ170m,有効容積V(3)=4.10×10-3[m3]
（４）延長液配管  ：配管内径7.92mm,長さ(I)0m,(II)120m,有効容積(4)=(I)0[m3],(II)5.91×10-3[m3]
（５）延長ガス配管：配管内径13.88mm,長さ(I)0m,(II)120m,有効面積(5)=(I)0[m3],(II)18.15×10-3[m3]
【００１８】
次に主要部品の滞留冷媒概要値の決め方を示す。
凝縮器の場合は液冷媒で満たされた場合の0.5倍、蒸発器の場合は液冷媒で満たされた場合の0.1倍、蓄熱用熱交換器は蓄熱利用時は満液、暖房時は液冷媒で満たされた場合の0.2倍。液管は冷房時は乾き度小の気液二相状態なので液冷媒で満たされた場合の0.2倍、暖房時は液満。ガス管は0とする。
【００１９】
R-410A冷媒の液密度は以下のとおり
○温度  ４６℃
○密度  R410A:飽和液940[kg/m3]
【００２０】
以下に主要要素部品の滞留冷媒量の計算結果を示す。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
蓄熱槽を室外機に搭載した場合は、蓄熱用熱交換器の分も予め室外機に冷媒を充填するため、配管長が短い場合は蓄冷利用冷房時の滞留冷媒量は暖房時と比較して4.45kg多い。しかし延長配管長が増加すると暖房時の方が滞留冷媒量が増加し、120mの時点で蓄冷利用冷房と蓄熱非利用暖房の滞留冷媒量は同じになる。
よってあらかじめ7.01kg封入し、かつ現地配管長が0mの場合、余剰冷媒量は5.56kgとなるが、そのうち3.86kgを蓄熱用熱交換器に溜めれば、液溜に溜める冷媒量は5.56-3.86=1.70kgとなり、十分に滞留可能な量となる。ゆえに据付現場で蓄熱用熱交換器や延長配管長への冷媒追加は不要である。
【００２３】
さらにR410A冷媒はR22冷媒やR407C冷媒よりも液密度が約10％小さいのでその分封入冷媒量を削減できるため、上記の余剰冷媒量の低減により冷媒追加がより不要になる。これは他の冷媒でも同様である。液冷媒密度がR22冷媒やR407C冷媒より小さい冷媒として、R32、R404A、アンモニア、イソブタンなどがあげられる。またCO2は高圧の場合は超臨界状態であるが、高圧液管に滞留する冷媒密度がR22冷媒やR407C冷媒の液密度より小さいのでCO2も同様の効果が得られる。
【００２４】
以上実施の形態１によると、圧縮機と、熱源側熱交換器と、減圧装置と、蓄熱槽を備えた蓄熱用熱交換器と、液溜と、を１つの筺体に搭載した室外ユニットと、負荷側熱交換器を備えた負荷ユニットと、冷媒配管と、で構成された装置において、蓄熱用熱交換器分の冷媒を予めを封入して据付現場に送付することで、現地で冷媒追加を不要、或いは延長配管の分だけ追加することができ、省工事、追加冷媒量の過多・過少による圧縮機故障の回避を実現できる。
また、R22やR407Cより液密度の小さい冷媒を搭載することで、延長配管内容積がより大きくても、蓄熱用熱交換器内容積がより小さくても冷媒追加不要にすることができる。
【００２５】
実施の形態２
図２は蓄熱式空気調和装置の熱源側熱交換器に散水装置１３で熱源側熱交換器２の管外壁やフィンに散水している図を示す。
【００２６】
散水効果を以下に説明する。
散水しない場合、熱源側熱交換器の周囲空気と管外壁及びフィンの間の熱交換は熱伝達により行われるので伝熱効率が悪い。一方、散水の場合は散水された水滴が管外壁及びフィンに付着して接触伝熱となり、伝熱効率は格段に向上する。
ただし、散水の場合は管外壁およびフィン表面を水で完全に覆うことはできないので、周囲空気との熱伝達との共存という形態になる。水で完全に覆うには川などに鎮めるなどの方法もあり、これも散水方式の１つとして考えることができる。
【００２７】
蓄熱式空気調和装置で蓄冷利用冷房運転を行う場合、凝縮作用を熱源側熱交換器と蓄熱用熱交換器で行う。一方、非蓄熱式空気調和装置で冷房運転を行う場合、凝縮作用は熱源側熱交換器で行う。よって熱源側熱交換器に散水した場合の凝縮温度低減に伴う消費電力低減効果は非蓄熱式空気調和装置の方が大きい。
【００２８】
しかしながら、蓄熱式空気調和装置に散水装置を適用すると、熱源側熱交換器の熱交換性能が向上して熱交換量が増加するので、同一凝縮能力においては相対的に蓄熱用熱交換器の熱交換量が低減する。これは蓄熱利用量が低減し、蓄熱利用時間が延びることを意味している。
【００２９】
例えば気温が高い日で冷房負荷要求が大きい場合、ピークカットしたい13〜16時に蓄冷熱が早切れしてなくなってしまう現象が起こりやすい。そこで蓄冷熱の利用抑制制御が必要になる。そのときに熱源側熱交換器２に散水装置１３で散水することは効果的である。
【００３０】
散水による蓄冷利用量低減及び蓄冷利用時間増加について定量的に説明する。
前提条件
・凝縮熱交換量Qc        15000[W]
外気To                  40[℃]
蓄熱槽水温Ts            4[℃]
蓄熱用熱交換器入口/出口冷媒温Tci,Tco      Tr-2 / 10[℃]    Tr:凝縮冷媒温度[℃]
散水温Tw                (a)40,(b)30,(c)20[℃]
熱源側熱交換器の管外＋フィン伝熱面積Aa    20[m3]
熱源側熱交換器の伝熱性能（熱交換率）Ka    (a)散水無40,(b)散水量小100,(c)散水量大200[W/m2K]
蓄熱用熱交換器の管外面積Ac                      3[m3]
蓄熱用熱交換器の伝熱性能（熱交換率）Kc        200[W/m2K]
【００３１】
説明を簡単にするため、各熱交換器における凝縮熱交換量の計算式を以下のように設定する。
・熱源側熱交換器
[散水無]Qa=Aa×Ka×(Tr-To)        Tr:凝縮冷媒温度[℃]
[散水有]Qa=A a×Ka×(Tr-Tw)      
・蓄熱用熱交換器
Qc=Ac×Kc×{(Tci-Ts)-(Tco-Ts)}/log{(Tci-Ts)/(Tco-Ts)}        
【００３２】
上記熱交換量の式に前提条件の値をあてはめて計算を行った。熱源側熱交換器の伝熱性能Ka,散水温と蓄熱用熱交換器の熱交換割合を図３に示す。図３より散水量と散水温を調整することで、蓄熱用熱交換器の熱交換割合を制御可能なことがわかる。
【００３３】
また蓄冷量は一定量なので、単位時間当りに使用する量が低減できれば蓄冷利用時間は増加することは明らかである。
【００３４】
水は外部から持って来ても良いし、蓄熱槽の蓄熱媒体を直接室外熱交換器にかけて、その媒体を回収して再び蓄熱槽に戻しても良い。
【００３５】
以上、実施の形態２によれば、蓄冷量の早切れが予想される蓄熱式空気調和装置において、蓄熱式空気調和装置の熱源側熱交換器に外気より低温の水を散水することで、熱源側熱交換器の熱交換量を増加し、相対的に蓄熱側熱交換器の熱交換量を低減する。その結果、蓄熱利用量を低減して蓄熱利用時間を延ばすことができる。また散水量や水温度を調整することで、蓄熱利用量及び蓄熱利用時間を制御することができる。
【００３６】
なお上記実施の形態１、２では、蓄熱式空気調和装置について説明したが、蓄熱式冷凍装置に実施しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明の実施の形態１における槽一体型の蓄熱式空気調和装置の冷媒回路図を示す。
【図２】この発明の実施の形態２における蓄熱式空気調和装置の冷媒回路図を示す。
【図３】この発明の実施の形態２における散水量、散水温と蓄熱用熱交換器の熱交換割合を示す。
【符号の説明】
【００３８】
１  圧縮機、２  熱源側熱交換器、３  蓄熱用熱交換器、４  負荷側熱交換器、５  四方弁、６  減圧装置、７  開閉弁、８  延長ガス配管、９  延長液配管、１０  蓄熱槽、１１  蓄熱媒体、１２  液溜、１３  散水装置
【図１】
2005147593.tif 000004
【図２】
2005147593.tif 000005
【図３】
2005147593.tif 000006